CN108505961A - 坑道岩心钻机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坑道岩心钻机及使用方法，包括主机、操纵台和多个单体泵站结合匹配的液压泵站。所述主机包括给进装置、提升架、底座、绞车、夹持器、回转器及附属装置，给进装置、提升架和底座由轻质材料制成。所述给进装置安装有导轨和液压油缸。所述提升架包括固定架、活动架，可实现无级伸缩。所述提升架还包括滑轮架、销轴、弹簧、滑轮，滑轮架可在上下钻具过程中自动让开孔口。单体泵站包括电机或柴油机、冷却器、滤油器、空气滤清器、油箱等部分。本发明解决了现有坑道钻机重量过大搬迁困难，在狭小坑道施工空间受限，起下钻具效率低等问题。

Description

坑道岩心钻机及使用方法

技术领域

本发明涉及在一种坑道内用绳索取心方式进行勘探孔施工的钻机，具体涉及一种轻型、可适用狭小巷道空间、快速上下钻具的一种坑道岩心钻机及使用方法。

背景技术

坑道岩心勘探相对于地表勘探能节省大量的勘探工作量，并满足多角度钻探施工要求，达到沿矿床层带钻进的目的，是一种理想的勘探方式。坑道岩心钻机是坑道勘探的重要装备，其性能对勘探效率有最直接的影响。

现有技术首先存在钻机主机和泵站重量大，如果进一步解体则面临着拆装难度大，需要专业装配人员参与搬迁的问题。然后，以往绳索取心钻探在每个钻探回次中不提取内管总成时，都需要人工将取心提升架上的滑轮移开孔口轴线以使钻具能够顺利通过，且提升架长度固定，不能在狭小巷道使用，造成岩心钻机适应性差，钻进辅助时间长，工人劳动强度大的问题。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种坑道岩心钻机及使用方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种坑道岩心钻机及使用方法，其结构简单，操作方便，能克服坑道岩心钻机搬迁运输困难，不能适应狭小钻场空间，起下钻具效率低等问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种坑道岩心钻机，包括主机，其特征在于：

所述主机包含给进装置、提升架、底座、绞车、夹持器、回转器及调角装置，所述给进装置、提升架以及底座均采用6000系列高强度铝合金材料制成，所述给进装置通过调角装置连接于底座，所述回转器可滑动的设置于给进装置上，从而实现抱紧钻杆旋转和前后移动，所述提升架固定于给进装置的后端，所述绞车固定于底座，所述绞车缠绕一钢丝绳，所述钢丝绳通过提升架的滚轮并贯穿夹持器和回转器从而在绳索取心作业中提起和下放钢丝绳末端连接的内管钻具。

其中：所述给进装置包含导轨、给进机身和油缸，所述导轨为两条并使用螺栓与钢丝螺套复合连接于给进机身的两侧，所述油缸通过螺母紧固于给进机身内，所述回转器可滑动的设置于导轨上，所述油缸作为驱动回转器沿导轨滑动的驱动单元，其上设有供回转器卡入的卡槽。

其中：所述油缸为双杆双级双作用油缸，所述双杆双级双作用油缸的缸杆位于最内圈，缸杆外圈为一级缸筒，缸杆内的油道将一级缸筒内腔与缸杆两端的油缸杆端油口联通，通过两端的油缸杆端油口给一级缸筒供油并实现双向移动，一级缸筒外圈为二级缸筒，二级缸筒靠近两端面的缸筒外分别设有两个缸筒外壁油口，通过两个缸筒外壁油口供油，实现二级缸筒相对一级缸筒的双向移动。

其中：所述调角装置包含连接件、第一调角油缸和第二调角油缸，所述连接件的两端分别铰接于上部的给进装置和下部的底座，所述第一调角油缸设置于底座和连接件之间，所述第二调角油缸设置于给进装置和连接件之间。

其中：所述提升架包含固定架和活动架，所述固定架由三根平行等长的固定圆管焊接于两端的连接板而成，所述固定圆管的后端伸出连接板外以供活动架插置。

其中：所述活动架包含能伸入固定圆管内的三根活动圆管，所述固定圆管的后端外缘均开有设置联接件的半圆槽，所述联接件通过半圆槽卡紧位于固定圆管内的活动圆管。

其中：所述活动架的三根活动圆管的后端安装有顶架，所述顶架与一滑轮架的中部通过销轴进行铰接连接，所述滑轮架的两端分别设有供钢丝绳绕过的滑轮组。

其中：所述滑轮架的下端和顶架之间还设有弹簧，所述顶架在销轴的前侧设有上下位置的两个限位销以对滑轮架进行限位。

还公开了一种如上所述的坑道岩心钻机的使用方法，包含液压同步控制系统，所述液压同步控制系统包含两个单体液压泵站、集成阀组、执行系统、冷却器和节流阀，各所述单体液压泵站包含油箱、滤油器和空气滤清器，各单体液压泵站吸油管通过快速接头用波纹管连通，所述集成阀组包含两个单向阀，各单体液压泵站内的液压泵从油箱吸油，排出的高压油通入集成阀组，经单向阀在阀体内汇集，汇集的高压油通过液压胶管进入执行系统，在执行系统内的液压件流转之后进入冷却器，冷却后的液压油通过三通接头分别经滤油器流回两个单体液压泵站的油箱，其中一路滤油器与三通接头之间设有节流阀。

其中：所述液压同步控制系统将两个单体液压泵站调定为相同压力，单向阀前后压差控制在0.1-0.3MPa，从而使两个单向阀都处于完全打开状态。

通过上述结构可知，本发明的坑道岩心钻机及使用方法具有如下效果：

1、解决高强度铝合金材料在钻机应用中的加工和连接问题，降低了坑道钻机主机中重量较大、拆解复杂部件的重量。解决了现有坑道钻机重量过大，移动搬迁困难的问题。

2、设计了多泵站同步控制系统，解决多泵站供油相互干扰导致流量损失的问题。同时解决了多油箱并行，负载敏感液压系统中因吸油和回油流量实时变化导致的油箱液位不同步，不能协同工作的问题。

3、绳索取心作业过程中，当内管总成提离孔口，钢丝绳卸力后，滑轮架可自动收缩让开孔口，省去了以往人工挪移滑轮架的辅助时间和工作量。提升架可无级伸缩，根据钻场空间自由调整提长度，克服了以往钻机提升架长度固定，但钻场空间不定，提升架在狭小钻场无法使用的问题。

4、给进装置双级油缸采用缸杆两端与缸筒外壁同步进出油的方法，克服了以往双级油缸仅在缸杆两端供油，液压油要进入外缸筒则需要在内缸筒设计平行于缸筒轴向的油道，导致壁厚增大，重量较大的问题。同时，缸杆端与缸筒端油口同步进油加快了油缸运行速度，提高了起下钻效率。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的坑道岩心钻机的示意图。

图2为本发明提升架伸出状态的示意图；

图3为本发明给进机身安装导轨与油缸的示意图；

图4为泵站示意图；

图5为液压同步系统原理图。

附图标记：

1-主机、2-泵站、3-操纵台、11-给进机身、12-提升架、13-底座、14-绞车、15-夹持器、16-回转器、17-钢丝绳、18、调角装置、111-导轨、112-轻质材料机身、113-油缸、114-油缸杆端油口、115-缸筒外壁油口、121-固定架、122-活动架、123-顶架、124-滑轮架、125-销轴、126-弹簧、127-滑轮、128-联接件、21-快速接头、22-冷却器、23-滤油器、24-油箱、25-空气滤清器、26-单体液压泵站、27-集成阀组、28-单向阀、29-执行系统、30节流阀。

具体实施方式

参见图1至图4，显示了本发明的坑道岩心钻机及使用方法。

所述坑道岩心钻机至少包括主机1，还可包含泵站2和操纵台3，各部分之间可通过胶管进行连接。

其中，所述主机1包含给进装置11、提升架12、底座13、绞车14、夹持器15、回转器16及调角装置18，为提高整体性能，所述给进装置11、提升架12以及底座13均采用6000系列高强度铝合金材料制成，所述给进装置11通过调角装置18连接于底座13，所述夹持器15设置于给进装置11的前端(图1的左边)，所述回转器16可滑动的设置于给进装置11上，从而实现抱紧钻杆旋转和前后移动的功能，所述给进装置11设有驱动回转器16进行滑动的驱动单元，所述提升架12固定于给进装置11的后端(图1的右边)，所述绞车14固定于底座13，所述绞车14缠绕一钢丝绳17，所述钢丝绳通过提升架12的滚轮并贯穿夹持器15和回转器16，优选的是，所述绞车14采用螺栓与底座13连接，在绳索取心作业中，提起和下放钢丝绳17。

参见图3所示，所述给进装置11可包含导轨111、给进机身112和油缸113，所述给进机身112优选的采用一整张板材U型折弯而成，所述给进装置11的导轨111为碳钢制成，所述导轨111为两条并设置于给进机身112的两侧，所述导轨111与给进机身112可使用螺栓与钢丝螺套复合连接，从而导轨111在磨损后可拆卸螺栓进行更换，有效提高使用寿命和维护效率，所述油缸113可通过螺母紧固于给进机身112内。所述回转器16可滑动的设置于导轨111上，所述油缸113作为驱动回转器16沿导轨滑动的驱动单元，其上可设有供回转器卡入的卡槽，从而便于带动回转器16沿导轨111滑动。

其中，为更好的实现本发明的高度可调，所述调角装置包含连接件、第一调角油缸和第二调角油缸，所述连接件的两端分别铰接于上部的给进装置11和下部的底座13，所述第一调角油缸设置于底座13和连接件之间，所述第二调角油缸设置于给进装置11和连接件之间，从而通过第一调角油缸和第二调角油缸的伸缩，能方便的实现连接件相对底座和给进装置之间的角度设置，从而实现给进装置11和底座13之间的高度可调。

其中，所述夹持器15可通过销轴和螺栓连接于给进装置11中给进机身的安装孔。

参见图2，所述提升架12包含固定架121和活动架122，所述固定架121由三根平行等长的固定圆管焊接于两端的连接板而成，所述三根平行等长的固定圆管呈等边三角分布，以提高连接强度，固定架121的前端连接板通过螺栓与给进装置11的后端固定，所述固定圆管的后端伸出连接板外以供活动架122插置。

所述活动架122包含可伸入固定圆管内的三根活动圆管，所述活动圆管的外径略小于固定架121的固定圆管内径，从而可同时插入固定架121内，为实现活动架122和固定架121之间的相对定位，所述固定圆管的后端外缘均开有设置联接件128的半圆槽，所述联接件128焊接在半圆槽外侧，并通过半圆槽卡紧位于固定圆管内的活动圆管。

由此，在需要调整提升架12长度时，松开联接件，抽出或插入活动架122，调至合适位置后锁紧联接件，实现活动架122相对固定架121无级伸缩。解决了以往坑道岩心钻机提升架12长度固定，不能根据钻杆长度和钻场空间灵活调整长度，甚至在狭窄钻场无法使用的问题。

优选的是，所述联接件128包含固定部和卡紧部，所述固定部固定于固定圆管，所述卡紧部设置于固定部内并可通过螺纹连接进行相对移动，所述卡紧部的头部可伸入固定圆管的半圆槽内以对活动圆管进行卡紧，进一步可选的是，所述活动圆管的周缘间隔设有多个定位槽，以便于卡紧部的卡紧和定位。

其中，所述活动架122的三根活动圆管的后端安装有三角状的顶架123，所述顶架123与一滑轮架124的中部通过销轴125进行铰接连接，从而滑轮架124能绕销轴125旋转，所述滑轮架124的两端分别设有供钢丝绳17绕过的滑轮组，其中，滑轮组包含铰接于滑轮架124的滑轮以及位于滑轮外侧的定位罩，以使钢丝绳稳固的置于滑轮上。

其中，为实现滑轮架124相对顶架123的定位，所述滑轮架124的下端和顶架123之间还设有弹簧126，所述顶架123在销轴125的前侧设有上下位置的两个限位销以对滑轮架124进行限位。

由此，当钻机进行内管钻具下放与上提过程中，钢丝绳17受拉力张紧，弹簧126伸长，滑轮架124转动到垂直状态后限位；下放到位或钻具提出后，钢丝绳卸力松弛，弹簧126缩回，滑轮架124转回初始位置，自动让开回转轴线，从而进行加钻杆或拆钻杆作业。钻进过程中依然保持让开回转轴线状态，避免与旋转的钻杆干涉。

其中，为更好的实现回转器的可控滑动，所述给进装置11中的油缸113为双杆双级双作用油缸，所述双杆双级双作用油缸的缸杆位于最内圈，缸杆外圈为一级缸筒，缸杆内的油道将一级缸筒内腔与缸杆两端的油缸杆端油口114联通，通过两端的油缸杆端油口114给一级缸筒供油，实现一级缸筒相对缸杆的双向移动。一级缸筒外圈为二级缸筒，二级缸筒靠近两端面的缸筒外分别设有两个缸筒外壁油口115，通过两个缸筒外壁油口115供油，实现二级缸筒相对一级缸筒的双向移动。以往双杆双级油缸仅在缸杆两端供油，缸杆内的高压油要进入二级缸筒则需要一级缸筒壁厚较大才能布置油道。油缸缸杆端油口114与二级缸筒外壁油口115同时进出油，则可大幅减小一级缸筒壁厚，减轻油缸重量。同时，油缸杆端油口114和缸筒外壁油口115同步进油加快了油缸运行速度，提高了起下钻效率。

本发明还公开了一种坑道岩心钻机的使用方法，其包含液压同步控制系统，所述液压同步控制系统包含两个单体液压泵站26、集成阀组27、执行系统29、冷却器22和节流阀30，参见图4所示，各所述单体液压泵站26包含油箱24、滤油器23和空气滤清器25，各单体液压泵站26的吸油管通过快速接头用波纹管连通。所述集成阀组27包含两个单向阀28，各单体液压泵站26内的液压泵从油箱24吸油，排出的高压油通入集成阀组27，经单向阀28在阀体内汇集，汇集的高压油通过液压胶管进入执行系统29，在执行系统29内的液压件流转之后进入冷却器22，冷却后的液压油通过三通接头分别经滤油器23流回两个单体液压泵站26的油箱24，其中一路滤油器与三通接头之间设有节流阀30。所述节流阀30调节回油流量比例，从而使多个泵站油箱24的液压油位保持平衡，能够协同工作。

所述液压同步控制系统将多个单体液压泵站26调定为相同压力，单向阀28前后压差控制在0.1-0.3MPa，从而使两个单向阀都处于完全打开状态。

由此可见，本发明的优点在于：

1、解决高强度铝合金材料在钻机应用中的加工和连接问题，降低了坑道钻机主机中重量较大、拆解复杂部件的重量。解决了现有坑道钻机重量过大，移动搬迁困难的问题。

2、设计了多泵站同步控制系统，解决多泵站供油相互干扰导致流量损失的问题。同时解决了多油箱并行，负载敏感液压系统中因吸油和回油流量实时变化导致的油箱液位不同步，不能协同工作的问题。

3、绳索取心作业过程中，当内管总成提离孔口，钢丝绳卸力后，滑轮架可自动收缩让开孔口，省去了以往人工挪移滑轮架的辅助时间和工作量。提升架可无级伸缩，根据钻场空间自由调整提长度，克服了以往钻机提升架长度固定，但钻场空间不定，提升架在狭小钻场无法使用的问题。

4、给进装置双级油缸采用缸杆两端与缸筒外壁同步进出油的方法，克服了以往双级油缸仅在缸杆两端供油，液压油要进入外缸筒则需要在内缸筒设计平行于缸筒轴向的油道，导致壁厚增大，重量较大的问题。同时，缸杆端与缸筒端油口同步进油加快了油缸运行速度，提高了起下钻效率。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种坑道岩心钻机，包括主机，其特征在于：

所述主机包含给进装置、提升架、底座、绞车、夹持器、回转器及调角装置，所述给进装置、提升架以及底座均采用6000系列高强度铝合金材料制成，所述给进装置通过调角装置连接于底座，所述回转器可滑动的设置于给进装置上，从而实现抱紧钻杆旋转和前后移动，所述提升架固定于给进装置的后端，所述绞车固定于底座，所述绞车缠绕一钢丝绳，所述钢丝绳通过提升架的滚轮并贯穿夹持器和回转器从而在绳索取心作业中提起和下放钢丝绳末端连接的内管钻具。

2.如权利要求1所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述给进装置包含导轨、给进机身和油缸，所述导轨为两条并使用螺栓与钢丝螺套复合连接于给进机身的两侧，所述油缸通过螺母紧固于给进机身内，所述回转器可滑动的设置于导轨上，所述油缸作为驱动回转器沿导轨滑动的驱动单元，其上设有供回转器卡入的卡槽。

3.如权利要求2所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述油缸为双杆双级双作用油缸，所述双杆双级双作用油缸的缸杆位于最内圈，缸杆外圈为一级缸筒，缸杆内的油道将一级缸筒内腔与缸杆两端的油缸杆端油口联通，通过两端的油缸杆端油口给一级缸筒供油并实现双向移动，一级缸筒外圈为二级缸筒，二级缸筒靠近两端面的缸筒外分别设有两个缸筒外壁油口，通过两个缸筒外壁油口供油，实现二级缸筒相对一级缸筒的双向移动。

4.如权利要求1所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述调角装置包含连接件、第一调角油缸和第二调角油缸，所述连接件的两端分别铰接于上部的给进装置和下部的底座，所述第一调角油缸设置于底座和连接件之间，所述第二调角油缸设置于给进装置和连接件之间。

5.如权利要求1所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述提升架包含固定架和活动架，所述固定架由三根平行等长的固定圆管焊接于两端的连接板而成，所述固定圆管的后端伸出连接板外以供活动架插置。

6.如权利要求5所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述活动架包含能伸入固定圆管内的三根活动圆管，所述固定圆管的后端外缘均开有设置联接件的半圆槽，所述联接件通过半圆槽卡紧位于固定圆管内的活动圆管。

7.如权利要求5所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述活动架的三根活动圆管的后端安装有顶架，所述顶架与一滑轮架的中部通过销轴进行铰接连接，所述滑轮架的两端分别设有供钢丝绳绕过的滑轮组。

8.如权利要求7所述的坑道岩心钻机，其特征在于：所述滑轮架的下端和顶架之间还设有弹簧，所述顶架在销轴的前侧设有上下位置的两个限位销以对滑轮架进行限位。

9.一种如权利要求1-8中任一所述的坑道岩心钻机的使用方法，其特征在于包含液压同步控制系统，所述液压同步控制系统包含两个单体液压泵站、集成阀组、执行系统、冷却器和节流阀，各所述单体液压泵站包含油箱、滤油器和空气滤清器，各单体液压泵站吸油管通过快速接头用波纹管连通，所述集成阀组包含两个单向阀，各单体液压泵站内的液压泵从油箱吸油，排出的高压油通入集成阀组，经单向阀在阀体内汇集，汇集的高压油通过液压胶管进入执行系统，在执行系统内的液压件流转之后进入冷却器，冷却后的液压油通过三通接头分别经滤油器流回两个单体液压泵站的油箱，其中一路滤油器与三通接头之间设有节流阀。

10.如权利要求9所述的坑道岩心钻机的使用方法，其特征在于：所述液压同步控制系统将两个单体液压泵站调定为相同压力，单向阀前后压差控制在0.1-0.3MPa，从而使两个单向阀都处于完全打开状态。